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과제기본정보

말뚝기초 하중분배 기술(선재하) 설계 및 시공 프로세스 개발3년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술사업화지원 과제번호 19TBIP-C124991-03
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 구조물 보수 보강기술 적용분야 건설업
2순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 토목시공기술 실용화대상여부 실용화
3순위 건설 교통 | 시설물 설계 해석기술 | 설계 표준화기술 과제유형 개발
과제명 말뚝기초 하중분배 기술(선재하) 설계 및 시공 프로세스 개발
주관연구기관 (주)골든엔지니어링
총괄연구 책임자 성명 이기환
소속 (주)골든엔지니어링 직위 사장
기관 대표번호 02-456-1612 FAX 02-456-1614
총 연구기간 2017-04-01 ~ 2019-12-31
당해연도 연구기간 2019-01-01 ~ 2019-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
3차년도 110,000,000 15,000,000 95,000,000 110,000,000 220,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 최근 수행된 연구(공동주택 리모델링을 위한 기초구조물 하중 선재하 기술 개발, 한국건설기술연구원) 결과에 따르면, 신설 보강말뚝에 선재하 기술을 적용할 경우 건축물 증축에 따른 추가하중이 보강말뚝으로 효과적으로 전이되어, 기존 말뚝의 안정성을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.
핵심기술인 선재하 기술을 현실적으로 실용화하기 위해서는, 다음과 같은 추가 연구개발이 필요하다.

(1) 선재하 동시 두부정착 기술 현장검증(실대형 기초구조물 현장재하시험 / 리모델링 현장 선재하 기술 적용)
？ 마이크로파일 선재하 적용 여부에 따른 기초구조물 하중전이특성 차이를 분석하여 개발 기술의 실효성 입증
- 단계별 하중증가시 보강말뚝(마이크로파일)로 전이되는 하중값 계측(단기 및 장기)
(2) 신설 말뚝 선재하 기술 설계 및 시공 프로세스 개발
？ 설계 관련 기술자가 선재하 기술을 설계에 용이하게 적용토록 하기 위해, 아래와 같은 내용이 포함된 설계 프로세스가 필요함
- 선재하 기술 기본 개념
- 설계시 주요 고려사항
① 지반-기초구조물 상호작용
② 구조물 보강공사 시공단계별 작용하중
③ 기존 기초 형식 및 제원
④ 기초구조물 강성 등
- 보강말뚝 배치 방법(사전 및 상세검토)
- 보강 목적별 적정 선재하 하중범위
- 선재하 효과를 반영한 시공단계해석 절차
- 프리스트레스 손실을 고려한 유효 선재하 하중값 산정 방법
- 확대기초 연결부 구조성능 평가 방법
- 기존 기초구조물 보강규모 최적화 방안 등
？ 공사품질 향상을 위해 선재하 동시 두부정착 공정의 표준화 가 요구됨
- 마이크로파일 선재하 하중 시공관리기준치 표준화(장치 사양별, 하중 규모별)
- 선재하 장치 설치방법(체결너트 토크 관리기준 등) 표준화
- 선재하 하중 계측 방법 및 절차 표준화 등
최종목표 본 추가 연구를 바탕으로 선재하 동시 두부정착 기술을 실제 기초 보강 현장에 적용하기 위해 다음과 같은 목표를 달성하고자 한다.

1) 신설 보강말뚝 선재하 기술 설계 및 시공 프로세스 개발
① 선재하 효과를 고려한 시공단계해석이 설계에 반영되도록 하여 경제적인 설계 유도(설계 최적화)
② 선재하 동시 두부정착 공정 표준화를 통한 공사품질 신뢰성 확보
2) 실대형 현장재하시험 및 리모델링 현장적용을 통해, 선재하 기술의 우수성을 검증하여 표준화된 제품 상용화
연구내용 및 범위 1) 선재하 하중 손실량 측정 및 선재하 장치(시작품) 최적화
- 마이크로파일 강봉 선재하 및 두부정착 완료후, 시간경과에 따른 프리스트레스 손실량 측정(실내시험)
- 수치해석을 통한 정착장치 및 정착장치-확대기초 경계부 변형거동특성 파악
- 실내시험 및 수치해석결과를 바탕으로 선재하 동시 두부정착 장치(시작품) 최적화 설계
- 시공중 선재하 하중 관리기준치(장치 사양별, 하중 규모별) 마련을 위한 기본 데이터로 활용

2) 선재하 동시 두부정착 기술 설계 프로세스 개발
- 기존 기초구조물 보강사례 수집
- 보강사례 분석 및 조건별 수치해석을 바탕으로 선재하 동시 두부정착 기술 설계 프로세스 개발
① 기존 기초형식/제원, 기초구조물 강성, 지반조건, 시공단계별 하중조건(기존하중 및 추가하중), 보강말뚝 배치형태 및 선재하 하중 크기 등을 고려
② 마이크로파일 성능을 최대로 활용하는 방안 포함

3) 마이크로파일 축력 측정용 하중계 개선
- 상용되고 있는 마이크로파일 강봉에 설치가능하고, 시공중 선재하 하중값 계측 및 시공후 추가 하중전이 따른 말뚝 축력 변화량 측정이 가능하도록
하중계 개선(계측 정밀도 및 범위 개선)
- 실내 압축재하시험을 통한 하중계 계측 성능 평가

4) 실대형 기초구조물 현장재하시험을 통한 기초구조물 하중전이 특성 파악
- 기초 설계 및 시공
① 지반조사 수행 및 조사결과 분석
② 기초구조물(기존 말뚝, 확대기초 및 신설 보강말뚝) 설계
③ 재하시험을 위한 반력구조물(반력앵커 및 재하대 등) 설계
④ 기초구조물 및 반력구조물 현장시공
- 단일 말뚝 현장재하시험
① PHC말뚝(기존 말뚝) 하중-변위 거동특성 분석
② 마이크로파일(신설 보강말뚝) 하중-변위 거동특성 분석
③ 군말뚝 현장재하시험 결과와 비교 분석
- 군말뚝 현장재하시험
① 하중단계별 재하시험 수행(시공단계별로 순차적으로 추가되는 하중규모 고려)
② 추가하중 작용시 신설 보강말뚝으로 전이되는 하중값 측정. 마이크로파일 선재하 효과 현장검증(상대 비교)

5) 선재하 동시 두부정착 기술 시공 프로세스 개발
- 마이크로파일 선재하 하중 시공관리기준치 표준화(장치 사양별, 하중 규모별)
- 선재하 장치 설치방법(체결너트 토크 관리기준 등) 표준화
- 선재하 하중 계측 방법 및 절차 표준화

6) 국내 리모델링 현장 선재하 기술 적용
- 리모델링 구조물 기존 기초 보강용 마이크로파일(보강말뚝) 설계 및 시공
① 전통적인 방법에 의한 보강말뚝 설계
② 선재하 기술을 적용한 시공단계별 해석에 의한 보강말뚝 설계
- 계측계획 수립 및 장기계측 수행
① 개발 하중계를 포함한 각종 계측기를 설치하여, 증축하중 작용시 신설 보강말뚝으로 전이되는 하중값 측정
② 리모델링 시공단계별 장기계측을 통해 선재하 기술의 우수성 검증
- 공사비 및 공기 등을 분석하여 리모델링 현장 선재하 기술 적용 성과 검토

7) 마이크로파일 두부정착 장치 설계도면 및 사양서 작성
- 최종 제품과 관련된 도면 및 사양서(제원, 구조적 특성 및 성능 등 명기) 작성

8) 마이크로파일 두부정착 장치 시제품 제작
- 개발 장치 상용화를 위한 시제품 제작
① 단순 두부정착 장치
② 선재하 동시 두부정착 장치
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
3차년도 1) 마이크로파일 축력 측정용 하중계 개선 / 시제품 제작
2) 선재하 하중 손실량 측정 및 선재하 장치(시작품) 최적화
3) 선재하 동시 두부정착 기술 설계 프로세스 개발 		-상용되고 있는 마이크로파일 강봉에 설치가능하고, 시공중 선재하 하중값 계측 및 시공후 추가 하중전이 따른 말뚝 축력 변화량 측정이
가능하도록 하중계 개선(계측 정밀도 및 범위 개선) / 시제품 제작
- 실내 압축재하시험을 통한 하중계 계측 성능 평가
- 마이크로파일 강봉 선재하 및 두부정착 완료후, 시간경과에 따른 프리스트레스 손실량 측정(실내시험)
- 수치해석을 통한 정착장치 및 정착장치-확대기초 경계부 변형거동특성 파악
- 실내시험 및 수치해석결과를 바탕으로 선재하 동시 두부정착 장치(시작품) 최적화 설계
- 시공중 선재하 하중 관리기준치(장치 사양별, 하중 규모별) 마련을 위한 기본 데이터로 활용
- 기존 기초구조물 보강사례 수집
- 보강사례 분석 및 조건별 수치해석을 바탕으로 선재하 동시 두부정착 기술 설계 프로세스 개발
① 기존 기초형식/제원, 기초구조물 강성, 지반조건, 시공단계별 하중조건(기존하중 및 추가하중), 보강말뚝 배치형태 및 선재하 하중 크기 등을 고려
② 마이크로파일 성능을 최대로 활용하는 방안 포함
연구성과 기술적 기대성과 1) 선재하 기술을 적용함으로써, ① 추가되는 하중에 대한 기존 기초 구조물(직접기초 또는 말뚝기초)의 하중분담율을 경감시켜 기존 기초의 안정성을
확보할 수 있고, ② 하중지지능력이 우수한 마이크로파일의 성능을 최대한 활용 가능하며(최적설계 가능), ③ 전체 기초 구조물의 침하량 저감 가능
2) 시공성 및 경제성이 우수하고 친환경적인 공사가 가능한 선재하 동시 두부정착 장치 제공으로, 국내 및 해외 리모델링 시장을 주도할
기술(기초 보강 분야) 선점 가능
3) 재하시험으로 입증된 제품을 표준화하여 제품의 신뢰도 및 현장 적용성 제고
사회 경제적 파급효과 1) 수직증축 리모델링 공사를 위한 말뚝 공사시 기존 구조물에 위해한 영향 없이 공사가 가능하여 노후 건물의 안정성을 확보할 수 있고, 건설재료, 건설공해의
총량이 감소하므로 친환경적인 건설 공사가 가능하여, 급격히 증가하고 있는 국내 및 해외 리모델링 시장을 주도할 기술(기초 보강 분야) 선점이 가능할
것으로 판단된다
활용방안 1) 수직증측 리모델링 허용 및 내진보강 활성화 등으로 인해 기존 기초구조물 보강 수요가 급격히 증가할 것으로 예상
2) 개발 장치는 초기투자 비용이 크지 않고 시공절차가 간단하여 조기 상용화 및 현장적용 가능
3) 개발 기술은 수직, 수평증축 리모델링 아파트 기초 보강공사 필수적용 기술로서, 일반 구조물 기초 보강공사(교량기초 보강, 내진보강 등) 등
여러 방면에서 활용성이 증대될 것으로 예상
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 선재하 하중분배 두부정착 마이크로파일 기초보강
영문 preloading load sharing (pile) head connection micropile underpinning
최종보고서
최종보고서 파일 다운로드 제공
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